CN110983955A - 一种桥梁用抗震支座 - Google Patents

Abstract

一种桥梁用抗震支座，位于上部桥梁结构(1)和下部桥梁结构(2)之间，其包括支撑板系和多向耗能结构。该支撑板系包括与上部桥梁结构(1)固定连接的上支撑板(3)、与下部桥梁结构(2)固定连接的下支撑板(5)以及设置在二者之间的中支撑板(4)。多向耗能结构由钢圈耗能元件、电涡流阻尼元件和软钢阻尼元件相互配合形成；钢圈耗能元件设置在上支撑板(3)与中支撑板(4)之间；电涡流阻尼元件和软钢阻尼元件设置在中支撑板(4)和下支撑板(5)之间。该桥梁用抗震支座能实现多阶段多向耗能，提高桥梁的抗震性能。

Description

一种桥梁用抗震支座

技术领域

本发明涉及桥梁抗震领域，具体而言是一种桥梁用抗震支座。

背景技术

我国桥梁支座的发展始于上个世纪60年代，在传统的钢支座基础上，先后研发了球型钢支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座等，并在公路、铁路桥梁上广泛应用。但当时支座的设计采用“静力设计”的理念，仅依靠加大支座本身的结构尺寸“硬抗”地震力，该方法无论是对支座本身还是对桥墩受力，都是不利的，最好的解决办法是通过减震、隔震支座以改善支座本身的受力以及桥墩的受力状态

为了改善桥梁支座的抗震性能，自上个世纪80年代以来，在我国的公路、铁路桥梁上，先后也采用过一些减震、隔震支座。常见的抗震支座有摩擦摆式隔震支座、抗震型盆式橡胶固定支座、铅芯橡胶支座等。如2008年建成通车的苏通长江公路大桥，其采用了球型钢支座与板式橡胶支座组合的减震、隔震支座以及摆锤式球型钢支座。尽管国内一些工程采用了减震、隔震支座，但仅处于试用状态，且其成本较高，因此在应用中受到一些限制。

自2008年汶川大地震以来，在交通运输部颁布的《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB02-01-2008)的推动下，众多科研院所、高校以及企业致力于对各类型的减震、隔震支座的研发。如公开号为CN108570924A、名称为“一种桥梁抗震支座”、公开日为2018年9月25日的中国发明专利申请，涉及一种桥梁抗震支座，其包括第一滑动板组件，第一滑动板组件连接桥梁的梁底；第二滑动板组件，第二滑动板组件连接桥梁的桥墩；以及抗震连接件，抗震连接件的一端通过第一阻尼器与第一滑动板组件滑动连接，另一端通过第二阻尼器与第二滑动板组件滑动连接，其中，抗震连接件两端的滑动方向相互垂直。该桥梁抗震支座能够实现纵桥向和横桥向的阻尼耗能作用，适用于低速荷载与高速荷载都有抗震需求的连续梁桥。

上述类型的抗震支座，实际上仅在水平方向上纵桥向和横桥向上实现抗震，对竖直向以及水平方向除纵桥向和横桥向以外的其它方向抗震作用有限，且不能实现地震多三阶段下的耗能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为现有的桥梁用抗震支座耗能方向单一，不能实现在地震三阶段下耗能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种桥梁用抗震支座，该桥梁用抗震支座设置于上部桥梁结构和下部桥梁结构之间。该桥梁用抗震支座包括支撑板系和多向耗能结构。

如前所述的桥梁用抗震支座，所述支撑板系包括上支撑板、中支撑板以及下支撑板；所述上支撑板与所述上部桥梁结构的下表面固定连接；所述下支撑板与所述下部桥梁结构的上表面固定连接，所述中支撑板设置在所述上支撑板与所述下支撑板之间。

如前所述的桥梁用抗震支座，所述多向耗能结构包括钢圈耗能元件、电涡流阻尼元件和软钢阻尼元件，上述耗能元件和阻尼元件相互配合形成多向耗能结构。其中，所述钢圈耗能元件设置在所述上支撑板与所述中支撑板之间；所述中支撑板和所述下支撑板之间固定有所述电涡流阻尼元件和所述软钢阻尼元件。

如前所述的桥梁用抗震支座，所述钢圈耗能元件包括钢圈容腔，上部软钢圈、中部软钢圈和下部软钢圈。所述钢圈容腔为长方体空心钢柱，所述钢圈容腔内设置有上部软钢圈、中部软钢圈和下部软钢圈。其中，上部软钢圈和下部软钢圈为纵向水平设置，中部软钢圈为横向水平设置，且中部软钢圈设置在上部软钢圈和下部软钢圈之间。所述钢圈容腔的顶部刚性连接在所述上支撑板的下表面上，所述钢圈容腔的底部刚性连接在所述中支撑板的上表面上。

如前所述的桥梁用抗震支座，所述电涡流阻尼元件包括磁场屏蔽外壳、悬挂弹簧、铝板和永磁体组件。

其中，所述磁场屏蔽外壳包括左软钢板、右软钢板、前软钢板和后软钢板。所述左软钢板、所述右软钢板、所述前软钢板和所述后软钢板的上下端分别固定于所述中支撑板的下表面和所述下支撑板上表面。所述中支撑板的下表面固定连接所述悬挂弹簧的上端，所述悬挂弹簧的下端固定有所述铝板；所述悬挂弹簧以及所述铝板位于所述左软钢板、所述右软钢板、所述前软钢板和所述后软钢板形成的封闭的磁场屏蔽外壳内。

所述永磁体组件包括永磁体以及连接组件。所述连接组件包括左盘、右盘、内滚球轴承、外滚球轴承以及转杆。所述左盘和所述右盘上均设置有所述永磁体。所述左盘和所述右盘分别设置在所述铝板的两侧；所述左盘位于所述左软钢板与所述铝板之间，所述右盘位于所述右软钢板与所述铝板之间。所述左盘和所述右盘背离铝板的侧面上分别固定有内滚球轴承，所述左软钢板和所述右软钢板背离铝板的侧面上固定有外滚球轴承；所述内滚球轴承和所述外滚球轴承之间设置有转杆。所述转杆依次穿过所述外滚球轴承、所述左软钢板或所述右软钢板以及所述内滚球轴承；所述左盘、所述右盘通过各自的转杆分别与所述左软钢板、所述右软钢板连接。所述转杆的端部设置有限位件。

所述软钢阻尼元件包括多块软钢阻尼板，其设置在电涡流阻尼元件的两侧；所述软钢阻尼板的上下端分别固定于所述中支撑板的下表面和所述下支撑板上表面。

如前所述的桥梁用抗震支座，所述摩擦耗能材料为碳/碳复合材料。

如前所述的桥梁用抗震支座，所述永磁体均布在左盘和右盘上。

如前所述的桥梁用抗震支座，所述转杆的表面光滑。

如前所述的桥梁用抗震支座，所述软钢阻尼板上开设有孔。

该桥梁用抗震支座的工作原理如下：

小震发生时，钢圈耗能元件工作，上部软钢圈、中部软钢圈和下部软钢圈在钢圈容腔内产生形变进行耗能。

中震时，软钢阻尼板发生形变进行耗能。

大震时，左软钢板、右软钢板、前软钢板和后软钢板发生屈服，同时左软钢板、右软钢板、前软钢板和后软钢板作为电涡流阻尼元件的磁场屏蔽外壳，左软钢板、右软钢板和软钢阻尼板发生位移时，转杆在内滚球轴承和外滚球轴承内转动，进而带动左盘和右盘上的永磁体转动，同时位于永磁体产生的磁场中的铝板在悬垂弹簧的带动下进行运动，位于左盘和右盘上的永磁体相对运动使磁场的磁通发生变化，铝板内产生电涡流，继而产生一个反向的洛仑兹力阻碍运动，在此过程中电涡流转化为焦耳热释放，实现电涡流阻尼元件耗能。

该抗震支座能够实现多阶段多向耗能，能够保证桥梁的抗震性能。钢圈耗能元件通过位移变形，实现摩擦和形变进行耗能，保证了小震时构件的安全。前软钢板和后软钢板与左软钢板、右软钢板和软钢阻尼板垂直设置，实现了软钢的横向和纵向的多向耗能。前软钢板、后软钢板、左软钢板和右软钢板同时作为电涡流阻尼元件的电磁屏蔽外壳能够实现了一元件多用途，最大限度的提高了耗能效率。

附图说明

图1为桥梁用抗震支座正视图。

图2为桥梁用抗震支座侧视图。

图3为上部软钢圈布置图。

图4为中部软钢圈布置图。

图5为电涡流阻尼元件细部图。

图中：

1——上部桥梁结构；2——下部桥梁结构；3——上支撑板；

4——中支撑板；5——下支撑板；6——钢圈容腔；

7——上部软钢圈；8——中部软钢圈；9——下部软钢圈；

10——软钢阻尼板；11——悬挂弹簧；12——铝板；

13——左软钢板；14——右软钢板；15——前软钢板；

16——后软钢板；17——内滚球轴承；18——左盘；19——右盘；

20——永磁体；21——转杆；22——外滚球轴承；23——限位件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、2所示，一种桥梁用抗震支座，该桥梁用抗震支座设置于上部桥梁结构1和下部桥梁结构2之间。该桥梁用抗震支座包括支撑板系和多向耗能结构。

支撑板系包括上支撑板3、中支撑板4以及下支撑板5；上支撑板3与上部桥梁结构1的下表面固定连接，下支撑板5与下部桥梁结构2的上表面固定连接，中支撑板4设置在二者之间。

多向耗能结构包括钢圈耗能元件、电涡流阻尼元件和软钢阻尼元件，上述耗能元件和阻尼元件相互配合形成多向耗能结构。

钢圈耗能元件设置在上支撑板3与中支撑板4之间；中支撑板4和下支撑板5之间固定有电涡流阻尼元件和软钢阻尼元件。

如图3、4所示，钢圈耗能元件包括钢圈容腔6，上部软钢圈7、中部软钢圈8和下部软钢圈9。钢圈容腔6为长方体空心钢柱，钢圈容腔6内设置有上部软钢圈7、中部软钢圈8和下部软钢圈9。其中，上部软钢圈7和下部软钢圈9为纵向水平设置，中部软钢圈8为横向水平设置，且中部软钢圈8设置在上部软钢圈7和下部软钢圈9之间。钢圈容腔6的顶部刚性连接在上支撑板3的下表面上，钢圈容腔6的底部刚性连接在中支撑板4的上表面上。

如图5所示，电涡流阻尼元件包括磁场屏蔽外壳、悬挂弹簧11、铝板12和永磁体组件。

其中磁场屏蔽外壳包括左软钢板13、右软钢板14、前软钢板15和后软钢板16。左软钢板13、右软钢板14、前软钢板15和后软钢板16的上下端分别固定于中支撑板4的下表面和下支撑板5的上表面。中支撑板4的下表面固定连接悬挂弹簧11的上端，悬挂弹簧11的下端固定有铝板12，悬挂弹簧11以及铝板12位于左软钢板13、右软钢板14、前软钢板15和后软钢板16形成的封闭的磁场屏蔽外壳内。

永磁体组件包括永磁体20以及连接结构。连接结构包括左盘18、右盘19、内滚球轴承17、外滚球轴承22以及转杆21。左盘18和右盘19上均设置有永磁体20。左盘18和右盘19分别设置在铝板12的两侧，左盘18位于左软钢板13与铝板12之间，右盘19位于右软钢板14与铝板12之间。左盘19和右盘19背离铝板12的侧面上分别固定有内滚球轴承17，左软钢板13和右软钢板14背离铝板12的侧面上固定有外滚球轴承22，内滚球轴承17和外滚球轴承22之间设置有转杆21；转杆21依次穿过外滚球轴承22、左软钢板13或右软钢板14以及内滚球轴承17；左盘18、右盘19通过各自的转杆21分别与左软钢板13、右软钢板14连接。转杆22的端部设置有限位件23。

如图1所示，软钢阻尼元件包括多块软钢阻尼板10，其设置在电涡流阻尼元件的两侧；软钢阻尼板10的上下端分别固定于中支撑板4的下表面和下支撑板5上表面。

该桥梁用抗震支座，其摩擦耗能材料为碳/碳复合材料。

该桥梁用抗震支座，永磁体20均布在左盘18和右盘19上。

该桥梁用抗震支座，转杆21的表面光滑。

该桥梁用抗震支座，软钢阻尼板10上开设有孔。

该桥梁用抗震支座的工作原理如下：

小震发生时，钢圈耗能元件工作，上部软钢圈7、中部软钢圈8和下部软钢圈9在钢圈容腔6内产生形变进行耗能。

中震时，软钢阻尼板10发生形变进行耗能。

大震时，左软钢板13、右软钢板14、前软钢板15和后软钢板16发生屈服，同时左软钢板13、右软钢板14、前软钢板15和后软钢板16作为电涡流阻尼元件的磁场屏蔽外壳，左软钢板13、右软钢板14和软钢阻尼板10发生位移时，转杆21在内滚球轴承17和外滚球轴承22内转动，进而带动左盘18和右盘19上的永磁体20转动，同时位于永磁体20产生的磁场中的铝板12在悬垂弹簧的带动下进行运动，位于左盘18和右盘19上的永磁体20相对运动使磁场的磁通发生变化，铝板12内产生电涡流，继而产生一个反向的洛仑兹力阻碍运动，在此过程中电涡流转化为焦耳热释放，实现电涡流阻尼元件耗能。

该抗震支座能够实现多阶段多向耗能，能够保证桥梁的抗震性能。钢圈耗能元件通过位移变形，实现摩擦和形变进行耗能，保证了小震时构件的安全。前软钢板和后软钢板与左软钢板、右软钢板和软钢阻尼板垂直设置，实现了软钢的横向和纵向的多向耗能。前软钢板、后软钢板、左软钢板和右软钢板同时作为电涡流阻尼元件的电磁屏蔽外壳能够实现了一元件多用途，最大限度的提高了耗能效率。

上述内容仅为本发明的优选实施例，并非用于限制本发明。对本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种桥梁用抗震支座，设置于上部桥梁结构(1)和下部桥梁结构(2)之间，其特征在于：

该桥梁用抗震支座包括支撑板系和多向耗能结构。

2.根据权利要求1所述的桥梁用抗震支座，其特征在于：

所述支撑板系包括上支撑板(3)、中支撑板(4)以及下支撑板(5)；所述上支撑板(3)与所述上部桥梁结构(1)的下表面固定连接；所述下支撑板(5)与所述下部桥梁结构(2)的上表面固定连接，所述中支撑板(4)设置在所述上支撑板(2)与所述下支撑板(5)之间；

所述多向耗能结构包括钢圈耗能元件、电涡流阻尼元件和软钢阻尼元件，上述耗能元件和阻尼元件相互配合形成多向耗能结构；其中，所述钢圈耗能元件设置在所述上支撑板(3)与所述中支撑板(4)之间；所述中支撑板(4)和所述下支撑板(5)之间固定有所述电涡流阻尼元件和所述软钢阻尼元件。

3.根据权利要求2所述的桥梁用抗震支座，其特征在于：

所述钢圈耗能元件包括钢圈容腔(6)，上部软钢圈(7)、中部软钢圈(8)和下部软钢圈(9)；

所述钢圈容腔(6)为长方体空心钢柱，所述钢圈容腔(6)内设置有上部软钢圈(7)、中部软钢圈(8)和下部软钢圈9；其中，上部软钢圈(7)和下部软钢圈9为纵向水平设置，中部软钢圈(8)为横向水平设置，且中部软钢圈(8)设置在上部软钢圈(7)和下部软钢圈9之间；所述钢圈容腔(6)的顶部刚性连接在上支撑板(3)的下表面上，所述钢圈容腔(6)的底部刚性连接在中支撑板(4)的上表面上。

4.根据权利要求3所述的桥梁用抗震支座，其特征在于：

所述电涡流阻尼元件包括磁场屏蔽外壳、悬挂弹簧(11)、铝板(12)和永磁体组件；

所述磁场屏蔽外壳包括左软钢板(13)、右软钢板(14)、前软钢板(15)和后软钢板(16)；所述左软钢板(13)、所述右软钢板(14)、所述前软钢板(15)和所述后软钢板(16)的上下端分别固定于所述中支撑板(4)的下表面和所述下支撑板(5)上表面；所述中支撑板(4)的下表面固定连接所述悬挂弹簧(11)的上端，所述悬挂弹簧(11)的下端固定有所述铝板(12)；所述悬挂弹簧(11)以及所述铝板(12)位于左软钢板(13)、右软钢板(14)、前软钢板(15)和后软钢板(16)形成的封闭的磁场屏蔽外壳内；

所述永磁体组件包括永磁体(20)以及连接组件；

所述连接组件包括左盘(18)、右盘(19)、内滚球轴承(17)、外滚球轴承(22)以及转杆(21)；所述左盘(18)和所述右盘(19)上均设置有所述永磁体(20)；所述左盘(18)和所述右盘(19)分别设置在所述铝板(12)的两侧；所述左盘(18)位于所述左软钢板(13)与所述铝板(12)之间，所述右盘(19)位于所述右软钢板(14)与所述铝板(12)之间；所述左盘(18)和所述右盘(19)背离铝板(12)的侧面上分别固定有内滚球轴承(17)，所述左软钢板(13)和所述右软钢板(14)背离铝板(12)的侧面上固定有外滚球轴承(22)；所述内滚球轴承(17)和所述外滚球轴承(22)之间设置有转杆(21)；所述转杆(21)依次穿过所述外滚球轴承(22)、所述左软钢板(13)或所述右软钢板(14)以及所述内滚球轴承(17)；所述左盘(18)、所述右盘(19)通过各自的转杆(21)分别与所述左软钢板(13)、所述右软钢板(14)连接。

5.根据权利要求4所述的桥梁用抗震支座，其特征在于：

所述软钢阻尼元件包括多块软钢阻尼板(10)，所述软钢阻尼板(10)设置在所属电涡流阻尼元件的两侧；所述软钢阻尼板(10)的上下端分别固定于所述中支撑板(4)的下表面和所述下支撑板(5)上表面。

6.根据权利要求3-5中任一权利要求所述的桥梁用抗震支座，其特征在于：

所述摩擦耗能材料为碳/碳复合材料。

7.根据权利要求4或5所述的桥梁用抗震支座，，其特征在于：

所述转杆(21)的端部设置有限位件(23)。

8.根据权利要求7所述的桥梁用抗震支座，其特征在于：

所述转杆(21)的表面光滑。

9.根据权利要求4或5所述的桥梁用抗震支座，其特征在于：

所述永磁体(20)均布在所述左盘(18)和所述右盘(19)上。

10.根据权利要求5所述的桥梁用抗震支座，其特征在于：

所述软钢阻尼板(10)上开设有孔。

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